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Sensorlos für Jedermann

Text: Michael Seidl, Texas Instruments Foto: Texas Instruments
Ein Manko vieler elektrischer Motoren und Antriebe ist, dass sie nicht im optimalen Wirkungsgrad arbeiten. Feldorientierte Motorsteuerungen schaffen Abhilfe, gelten jedoch als komplex und teuer. Aber das muss nicht sein.

Zu aufwändig, zu kompliziert, zu teuer oder zu wenig Performance - das sind Vorurteile gegen feldorientierte Steuerungen (FOC) mit oder ohne Lagegeber. Dabei bietet die FOC erhebliche Vorteile: Sie ermöglicht es, Motoren jederzeit mit dem optimalen Drehmoment und der idealen Geschwindigkeit zu betreiben. Zudem erlaubt sie eine exakte und vor allem schnelle Geschwindigkeitsregelung. Das ist beispielsweise bei Motoren in Pumpen oder in der industriellen Fertigung von Vorteil. Doch die feldorientierte Steuerung hat auch Schattenseiten: Sie ist komplex, und sie verursacht entweder zusätzliche Kosten durch den benötigten Rotorsensor oder im sensorlosen Fall Leistungseinbußen, vor allem bei niedrigen Drehzahlen. Deshalb verzichteten bislang viele Entwickler auf diese Technik. Doch das muss nicht sein. Das Zauberwort heißt InstaSpin-FOC. Diese Technik von Texas Instruments reduziert die Nachteile der sensorlosen Motorsteuerung bei jedem Dreiphasen-Asychron- und -Synchron-Motor auf ein Minimum. Sie lassen sich in wenigen Minuten abstimmen und über unterschiedliche Drehzahlbereiche und Belastungsbereiche hinweg steuern. Dabei werden der Software-Encoder Fast und ein Mikrocontroller der Reihe C2000 Piccolo eingesetzt.

Energieeffizienz von Elektromotoren optimieren

Der Fast-Observer-Algorithmus schätzt Flux, Rotorwinkel, Drehzahl und Drehmoment jederzeit zuverlässig ein und macht dadurch in vielen Anwendungsfällen einen echten Drehgeber überflüssig. Dadurch ist es möglich, robuste Motoren zu entwickeln, die ein hohes Drehmoment aufweisen und sich perfekt für kompakte und leise Direktantriebe eignen.Doch InstaSpin-FOC bietet einen weiteren Vorteil, der angesichts steigender Strompreise und verschärfter Energieeffizienz-Vorgaben immer wichtiger wird: Mit dieser Steuerung in Verbindung mit dem PowerWarp-Modus des Fast-Algorithmus lässt sich die Effizienz von Wechselstrom-Induktionsmotoren weiter erhöhen, vor allem bei niedrigen Lasten. In der Praxis verringert sich dadurch der Stromverbrauch um bis zu 30 Prozent. PowerWarp aktiviert zu diesem Zweck einen Ausgleich im dynamischen Moment und Drehzahlverlauf. Die Basis dafür ist die Reduzierung der Motorkupferverluste, und zwar sowohl im Stator als auch im Rotor. InstaSpin-FOC bietet Entwicklern neue Möglichkeiten in der sensorlosen feldorientierten Regelung von Elektromotoren. Damit macht TI den Weg frei für hocheffiziente elektrische Antriebskonzepte, die auch künftigen Anforderungen gerecht werden.

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